精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
18.工业上产生的氮氧化物可用天然气来处理.
Ⅰ.已知:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1
        N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H2
        H2O(l)=H2O(g)△H3
        CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=△H1-△H2+2△H3(用△H1、△H2、△H3
Ⅱ.在温度为T1℃和T2℃时,分别将0.50molCH4和1.2molNO2充入体积固定的2L密闭容器中,发生上述可逆反应,测得不同时刻的n(CH4)数据如下表:
温度时间/min
n/mol  
010204050
T1℃n(CH4)0.500.350.250.100.10
T2℃n(CH4)0.500.300.180.150.15
(1)分析上表中数据,下列说法正确的是BC
A.T1℃、前10min,V(NO2)=0.03mol/(L•min)
B.T1℃、反应达化学平衡状态时,CH4的转化率为80%
C.T2℃、反应在40min时处于平衡状态
D.T1>T2
(2)反应的平衡常数K(T1)>K(T2),△H<0,理由是由表中数据可知,T2时反应速率较大,所以T1<T2;升高温度平衡逆向移动,可知K(T1)>K(T2),所以正反应放热.
(3)T1℃时反应的平衡常数K为3.2.
(4)反应在T1℃下进行,50min时,向平衡后的容器中再通入0.10molCH4和0.40molNO2,在下图中画出恒温,重新达到平衡过程中n(CH4)随时间变化的曲线(只要求画出n(CH4)的变化趋势,不需要准确画出再次平衡后n(CH4).
Ⅲ.NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理见下图.该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y,其电极反应式为NO2-e-+NO3-=N2O5

分析 Ⅰ.已知:①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1
②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H2
③H2O(l)=H2O(g)△H3
根据盖斯定律,①-②+③×2可得:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g);
Ⅱ.(1)A.根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(CH4),再根据速率之比等于化学计量数之比计算v(NO2);
B.T1℃时,40min反应处于化学平衡状态,可知参加反应甲烷为0.5mol-0.1mol=0.4mol,再计算CH4的转化率;
C.T2℃时,反应在40min、50min时甲烷均为0.15mol,则40min处于平衡状态;
D.温度越高,反应速率越快,相同时间内参加反应的甲烷越多;
(2)前10min内,温度T2℃时参加反应的甲烷更多,故温度T2>T1,而平衡时温度T2℃时甲烷的物质的量更大,说明升高温度平衡向逆反应移动,正反应为放热反应;
(3)T1℃时,平衡时甲烷为0.1mol,则:
          CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
开始(mol):0.5     1.2       0      0        0
转化(mol):0.4     0.8       0.4    0.4      0.8
平衡(mol):0.1     0.4       0.4    0.4      0.8
再根据平衡常数表达式K=$\frac{c({N}_{2})×c(C{O}_{2})×{c}^{2}({H}_{2}O)}{c(C{H}_{4})×{c}^{2}(N{O}_{2})}$计算;
(4)反应在T1℃下进行,50min时,向平衡后的容器中再通入0.10molCH4和0.40molNO2,瞬间甲烷的物质的量变为0.2mol,而后平衡向正反应方向移动,甲烷的物质的量减小,但到达新平衡时甲烷的物质的量大于0.1mol;
Ⅲ.NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y,Y为五氧化二氮,石墨I上是二氧化氮失去电子,与硝酸根离子反应生成五氧化二氮,石墨II上是氧气获得电子,与五氧化二氮获反应生成硝酸根.

解答 解:Ⅰ.已知:①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1
②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H2
③H2O(l)=H2O(g)△H3
根据盖斯定律,①-②+③×2可得:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),则△H=△H1-△H2+2△H3
故答案为:△H1-△H2+2△H3
Ⅱ(1)A.前10min内v(CH4)=$\frac{\frac{0.5mol-0.35mol}{2L}}{10min}$=0.0075mol/(L.min),速率之比等于化学计量数之比,则v(NO2)=2v(CH4)=0.015mol/(L.min),故A错误;
B.T1℃时,40min反应处于化学平衡状态,可知参加反应甲烷为0.5mol-0.1mol=0.4mol,CH4的转化率为$\frac{0.4mol}{0.5mol}$×100%=80%,故B正确;
C.T2℃时,反应在40min、50min时甲烷均为0.15mol,则40min处于平衡状态,故C正确;
D.前10min内T2℃时参加反应的甲烷越多,反应速率快,故温度T1<T2,故D错误,
故选:BC;
(2)前10min内,温度T2℃时参加反应的甲烷更多,故温度T2>T1,而平衡时温度T2℃时甲烷的物质的量更大,说明升高温度平衡向逆反应移动,正反应为放热反应,故平衡常数:K(T1)>K(T2),△H<0,
故答案为:>;<;由表中数据可知,T2时反应速率较大,所以T1<T2;升高温度平衡逆向移动,可知K(T1)>K(T2),所以正反应放热;
(3)T1℃时,平衡时甲烷为0.1mol,则:
          CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
开始(mol):0.5     1.2      0       0        0
转化(mol):0.4     0.8      0.4     0.4     0.8
平衡(mol):0.1     0.4      0.4     0.4     0.8
则平衡常数K=$\frac{c({N}_{2})×c(C{O}_{2})×{c}^{2}({H}_{2}O)}{c(C{H}_{4})×{c}^{2}(N{O}_{2})}$=$\frac{\frac{0.4}{2}×\frac{0.4}{2}×(\frac{0.8}{2})^{2}}{\frac{0.1}{2}×(\frac{0.4}{2})^{2}}$=3.2,
故答案为:3.2;
(4)反应在T1℃下进行,50min时,向平衡后的容器中再通入0.10molCH4和0.40molNO2,瞬间甲烷的物质的量变为0.2mol,而后平衡向正反应方向移动,甲烷的物质的量减小,但到达新平衡时甲烷的物质的量大于0.1mol,重新达到平衡过程中n(CH4)随时间变化的曲线的变化趋势:
故答案为:
Ⅲ.NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y,Y为五氧化二氮,石墨I上是二氧化氮失去电子,与硝酸根离子反应生成五氧化二氮,石墨II上是氧气获得电子,与五氧化二氮获反应生成硝酸根,石墨I上电极反应式为:NO2-e-+NO3-=N2O5
故答案为:NO2-e-+NO3-=N2O5

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡影响因素、反应热计算、电极反应式书写等,需要学生具备扎实的基础与灵活运用知识的能力,难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

9.在标准状况下,11.2L某气体的质量是16g,该气体可能是(  )
A.O2B.N2C.H2D.CO2

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域.以β锂辉石(主要成分为Li2O•Al2O3•4SiO2,含有少量能溶于酸的铁的化合物和镁的化合物)为原料制备Li2CO3的工艺流程如下:
提示信息:
①下列四种离子完全沉淀时溶液pH值如下表:
金属离子完全沉淀pH
Fe2+9.7
Mg2+12.4
Fe3+3.2
Al3+5.2
②Li2SO4、LiOH常温下易溶于水,Li2CO3微溶于水.
回答下列问题:
(1)步骤Ⅰ前,β锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是增加样品与H2SO4的接触面积,加快化学反应速率.
(2)步骤Ⅰ中,酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO${\;}_{4}^{2-}$,另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质,需在搅拌下加入石灰石(填“石灰石”“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的pH到6.0~6.5,可以除去的离子有Al3+、Fe3+,然后分离得到浸出液.
(3)步骤Ⅱ中,将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中,可除去的杂质金属离子有Fe2+、Mg2+、Ca2+
(4)步骤Ⅲ中,生成沉淀的离子方程式为2Li++CO32-=Li2CO3↓.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

6.碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域,以β-锂辉石(主要成分为Li2O•Al2O3•4SiO2)为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下:
已知:Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4;Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g.
(1)步骤Ⅰ前,β-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是增大固液接触面积,加快浸出反应速率,提高浸出率
(2)步骤Ⅰ中,酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO42-、另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质,需在搅拌下加入石灰石(填“石灰石”、“氧化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的pH到6.0-6.5,沉淀部分杂质离子,然后分离得到浸出液.
(3)步骤Ⅱ中,将适量的H2O2溶液,石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中,可除去的杂质金属离子有Fe2+、Mg2+、Ca2+.H2O2发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
(4)步骤Ⅲ中,生成沉淀的离子方程式为2Li++CO32-=Li2CO3↓.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

13.甲醇是有机化工原料和优质燃料,主要应用于精细化工、塑料等领域,也是农药、医药的重要原料之一.回答下列问题:
(1)工业上可用CO2和H2反应合成甲醇.已知25℃、101kPa下:
H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g)△H2=-242kJ/mol-1
CH2OH(g)+$\frac{3}{2}$O2═CO2(g)+2H2O(g) )△H2=-676kJ/mol-1
①写出CO2与H2反应生成CH2OH与H2O(g)的热化学方程式:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50 kJ/mol.
②下列表示该合成甲醇反应的能量变化示意图中正确的是a(填字母).

③合成甲醇所需的H2可由下列反应制取:H2O(g)+CO(g)?H2(g)+CO2(g),某温度下该反应的平衡常数K=1,若起始时c(CO)=1mol•L-1,c(H2O)=2mol•L-1,则达到平衡时H2O的转化率为33.3%.
(2)CO和H2反应也能合成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.1kJ•mol-1,在250℃下,将一定量的CO和H2投入10L的恒容密闭容器中,各物质的浓度(mol•L-1)变化如下表所示(前6min没有改变条件):
 2min 4min6min8min
CO0.070.060.060.05
H2x0.120.120.2
CH3OH0.030.040.040.05
①x=0.14,250℃时该反应的平衡常数K=46.3.
②若6~8min时只改变了一个条件,则改变的条件是加入1mol氢气,第8min时,该反应是否达到平衡状态?不是(填“是”或“不是”).
(3)CH3OH在催化剂条件下可以被直接氧化成HCOOH.在常温下,20.00mL0.1000mol•L-1NaOH溶液与等体积、等浓度HCOOH溶液混合后所得溶液中各离子浓度大小关系为c(Na+)>c(HCOO-)>c(OH-)>c(H+).

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用,铵盐、硝酸盐均是植物生长的“食物”,将氮气转化为氮气是植物获得“食物”的第一步,在常温常压下使N2高效地转化成为NH3是众多科学家们一直在探究的问题:
(1)已知:①4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g)△H=-1025kJ•mol-1
②N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H=+180.5kJ•mol-1
水的汽化热△H=+44kJ•mol-1
据报道,科学家已找到一种催化剂,使氨气与液态水在常温条件下转化为NH3及氧气,写出反应的热化学方程式2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=+1650kJ/mol;
(2)工业时合成氨的原理为:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1.图1表示H2的转化率与温度、压强之间的关系,图2表示H2的转化率与起始投料比[n(N2)/n(H2)]、压强的变化关系,则T1、T2、T3的大小关系为T1>T2>T3,曲线与曲线对应的压强P1>P2(填“>”“<”“=”).测得B(X,60)点时N2的转化率为40%,则X=1:2
(3)一定温度下,将2molN2和6molH2置于一密闭容器中反应,测得平衡时容器的总压为aMPa,NH3的物质的量总数为20%,列式计算出此时的平衡常数Kp=$\frac{(0.2aMPa)^{2}}{0.2aMPa×(0.6aMPa)^{3}}$(用平衡分压代替平衡浓度进行计算,分压=总压×体积分数,可不化简).下列各项中能说明反应已达到平衡状态的是a.
a.混合气体的平均相对分子质量不变 b.N2的消耗速率等于NH3的生成速率
c.混合气体的密度不变 d.N2和H2的物质的量之比保持不变
(4)NH3催化剂生成NO,以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3,其总反应是8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3,试写出以惰性材料作电极的阴极反应式:NO+6H++5e-=NH4++3H2O.电解过程中为使电解产物全部转化为NH4NO3,需要补充NH3的原因是总反应中有HNO3生成,应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.25℃时,三种酸的电离常数为:
化学式CH3COOHH2CO3HClO
电离平衡常数K1.8×10-5K1=4.3×10-7
K2=5.6×10-11
3.0×10-8
请回答下列问题:
(1)物质的量浓度为0.1mol/L的下列物质:a.Na2CO3、b.NaClO、c.CH3COONa、d.NaHCO3;pH由大到小的顺序是:a>b>d>c(填编号)
(2)常温下0.1mol/L的CH3COOH在水中约有1%发生电离,其溶液的pH=3,将该溶液加蒸馏水稀释,在稀释过程中,下列表达式的数据变大的是:BD.
A.c(H+)      B.$\frac{c({H}^{+})}{c(C{H}_{3}COOH)}$
C.c(H+)•c(OH-)  D.$\frac{c(O{H}^{-})}{c({H}^{+})}$
(3)体积为10mL pH=2的醋酸溶液与一元酸HX分别加蒸馏水稀释至1 000mL,稀释过程pH变化如图;则HX的电离平衡常数大于(填“大于”、“等于”或“小于”)醋酸的电离平衡常数;稀释后,HX溶液中水电离出来的c(H+)大于醋酸溶液水电离出来的c(H+)(填“大于”、“等于”或“小于”).
(4)25℃时,CH3COOH与CH3COONa的混合溶液,若测得混合液pH=6,则溶液中:c(CH3COO-)-c(Na+)=9.9×10-7mol/L(填准确数值).

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

7.已知25℃下,Ka(HCOOH)=1.78×10-4,Kb(NH3•H2O)=1.79×10-5.保持25℃不变,向一定体积0.1mol•L-1 的氨水中滴加0.1mol•L-1 的甲酸溶液.在滴加过程中(  )
A.水的电离常数先增大后减小
B.当氨水和甲酸溶液体积相等时,c(HCOO-)=c(NH4+
C.c(NH3•H2O)与c(NH4+)之和始终保持不变
D.$\frac{c(N{{H}_{4}}^{+})c(HCO{O}^{-})}{c(N{H}_{3}•{H}_{2}O)c(HCOOH)}$始终保持不变

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

8.下列各选项中,前者属于电解质,后者属于非电解质的是(  )
A.NaOH、氯气B.盐酸、蔗糖C.熔融NaCl、酒精D.二氧化碳、BaSO4

查看答案和解析>>

同步练习册答案